JP6325743B2 - Semiconductor device, method of manufacturing the same, and power conversion device - Google Patents

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    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate

Description

本発明は、半導体装置およびその製造方法、並びに電力変換装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device, a manufacturing method thereof, and a power conversion device.

本技術分野の背景技術として、米国特許第5904510号明細書(特許文献1)、特開平11−261061号公報(特許文献2)、特許第3879129号公報(特許文献3)および特許第4122230号公報(特許文献4)がある。   As background art of this technical field, US Pat. No. 5,904,510 (Patent Document 1), JP-A-11-261061 (Patent Document 2), Japanese Patent No. 3879129 (Patent Document 3) and Japanese Patent No. 4122230 are disclosed. (Patent Document 4).

米国特許第5904510号明細書(特許文献1)には、離間したベース領域の間の活性領域に、ベース領域の深さよりも深く、不純物濃度が約3.5×1012原子/cmに増大させた領域を有するIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)が記載されている。In US Pat. No. 5,904,510 (Patent Document 1), the active region between spaced base regions is deeper than the depth of the base region and the impurity concentration is increased to about 3.5 × 10 12 atoms / cm 2 . There is described an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) having a region that has been allowed to pass.

特開平11−261061号公報(特許文献2)には、予め形成したp型炭化珪素ベース領域の表層部からp型不純物を外部拡散させた後、p型炭化珪素ベース領域にイオン注入により表面チャネル層を形成することにより、キャリア移動度の向上を図る炭化珪素半導体装置が記載されている。In Japanese Patent Laid-Open No. 11-261061 (Patent Document 2), p-type impurities are externally diffused from a surface layer portion of a p -type silicon carbide base region formed in advance, and then ion-implanted into the p -type silicon carbide base region. A silicon carbide semiconductor device that improves carrier mobility by forming a surface channel layer is described.

特許第3879129号公報(特許文献3)には、エピタキシャル層の表面の所定領域をケミカルドライエッチングすることにより生じた面を含む領域を選択酸化して、選択酸化膜を形成した後、p型とn型の不純物を二重拡散して、チャネルの長さを規定すると同時にベース層とソース層を形成する半導体装置の製造方法が記載されている。   In Japanese Patent No. 3879129 (Patent Document 3), after selectively oxidizing a region including a surface generated by chemical dry etching of a predetermined region of the surface of the epitaxial layer to form a selective oxide film, p-type A method for manufacturing a semiconductor device is described in which a base layer and a source layer are simultaneously formed by double diffusing n-type impurities to define the channel length.

特許第4122230号公報(特許文献4)には、不均一なドーピングプロファイルを有するように、第1の伝導性タイプを有する基板の表面に1種類以上のドーパントを注入した後、第1の伝導性タイプを有するエピタキシャル層を形成し、このエピタキシャル層内に、第2の伝導性タイプを有する1つ以上のボディ領域を形成する二重拡散型電界効果トランジスタが記載されている。   In Japanese Patent No. 4122230 (Patent Document 4), after injecting one or more dopants into the surface of a substrate having the first conductivity type so as to have a non-uniform doping profile, the first conductivity is disclosed. A double diffusion field effect transistor is described in which an epitaxial layer having a type is formed and in which one or more body regions having a second conductivity type are formed.

米国特許第5904510号明細書US Pat. No. 5,904,510 特開平11−261061号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-261061 特許第3879129号公報Japanese Patent No. 3879129 特許第4122230号公報Japanese Patent No. 4122230

パワー半導体デバイスの一つであるパワー金属・絶縁膜・半導体電界効果トランジスタ(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor:MISFET)においては、炭化珪素(SiC)基板(以下、SiC基板と記す)を用いたプレーナ型のパワーMISFET(以下、SiCパワーMISFETと記す)が用いられている。SiCパワーMISFETは、高耐圧化および低損失化が可能であることから、省電力または環境配慮型のインバータ技術の分野において、特に注目が集まっている、   The power metal, insulating film, and semiconductor field effect transistor (MISFET), which is one of the power semiconductor devices, is a planar type using a silicon carbide (SiC) substrate (hereinafter referred to as a SiC substrate). Power MISFET (hereinafter referred to as SiC power MISFET) is used. SiC power MISFETs are particularly attracting attention in the field of power-saving or environmentally friendly inverter technology because they can achieve high breakdown voltage and low loss.

ところで、SiCパワーMISFETでは、更なるオン抵抗の低減が望まれている。しかし、オン抵抗を低減するためには、互いに隣り合うボディ領域に挟まれたJFET領域の不純物濃度を高くすることが望ましいが、これにより、SiCパワーMISFETの耐圧の低下を招くおそれがある。   By the way, in SiC power MISFET, further reduction of on-resistance is desired. However, in order to reduce the on-resistance, it is desirable to increase the impurity concentration of the JFET region sandwiched between the adjacent body regions, but this may cause a decrease in the breakdown voltage of the SiC power MISFET.

上記課題を解決するために、本発明は、SiCパワーMISFETにおいて、p型ボディ領域を、第1深さを有する第1領域と、平面視において第1領域の外側に、第1領域に接して形成された第1深さよりも浅い第2深さを有する第2領域とによって構成する。そして、JFET領域を、互いに隣り合うp型ボディ領域の間に第2深さよりも深く形成して、p型ボディ領域の第2領域をJFET領域によって囲む。   In order to solve the above-described problems, the present invention provides a SiC power MISFET in which a p-type body region is in contact with a first region having a first depth and outside the first region in plan view. And a second region having a second depth shallower than the formed first depth. The JFET region is formed deeper than the second depth between adjacent p-type body regions, and the second region of the p-type body region is surrounded by the JFET region.

本発明によれば、オン抵抗が低く、かつ、高耐圧のSiCパワーMISFETを提供することができる。
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。
According to the present invention, it is possible to provide a SiC power MISFET having a low on-resistance and a high breakdown voltage.
Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of embodiments.

実施例1による複数のSiCパワーMISFETセルが配列された素子形成領域の一部を示す要部平面図である。FIG. 3 is a plan view of a principal part showing a part of an element formation region in which a plurality of SiC power MISFET cells according to Example 1 are arranged. 実施例1によるSiCパワーMISFETを示す要部断面図(図1のI−I線に沿った断面図)である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a principal part showing a SiC power MISFET according to Example 1 (cross-sectional view taken along the line II in FIG. 1). 実施例1の第1変形例による複数のSiCパワーMISFETセルが配列された素子形成領域の一部を示す要部平面図である。6 is a plan view of a principal part showing a part of an element formation region in which a plurality of SiC power MISFET cells according to a first modification of Example 1 are arranged. FIG. 実施例1の第2変形例による複数のSiCパワーMISFETセルが配列された素子形成領域の一部を示す要部平面図である。6 is a plan view of a principal part showing a part of an element formation region in which a plurality of SiC power MISFET cells according to a second modification of Example 1 are arranged. FIG. 実施例1によるSiCパワーMISFETの製造工程の一例を示す要部断面図である。6 is a cross-sectional view of a principal part showing an example of a manufacturing process of the SiC power MISFET according to Embodiment 1. FIG. 図5に続く、SiCパワーMISFETの製造工程を示す要部断面図である。FIG. 6 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process of the SiC power MISFET that follows FIG. 5; 図6に続く、SiCパワーMISFETの製造工程を示す要部断面図である。FIG. 7 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process of the SiC power MISFET that follows FIG. 6; 実施例1によるSiCパワーMISFETをスイッチング素子として用いた電力変換装置(インバータ)の第1例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the 1st example of the power converter device (inverter) which used SiC power MISFET by Example 1 as a switching element. 実施例1によるSiCパワーMISFETをスイッチング素子として用いた電力変換装置(インバータ)の第2例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the 2nd example of the power converter device (inverter) using the SiC power MISFET by Example 1 as a switching element. 実施例2によるSiCパワーMISFETを示す要部断面図(図1のI−I線に沿った断面図)である。FIG. 6 is a main part sectional view showing a SiC power MISFET according to Example 2 (a sectional view taken along line I-I in FIG. 1); 実施例2によるSiCパワーMISFETの製造工程の一例を示す要部断面図である。6 is a cross-sectional view of a principal part showing one example of a production process of a SiC power MISFET according to Example 2. FIG. 図11に続く、SiCパワーMISFETの製造工程を示す要部断面図である。FIG. 12 is a main-portion cross-sectional view illustrating the manufacturing process of the SiC power MISFET, continued from FIG. 11; 図12に続く、SiCパワーMISFETの製造工程を示す要部断面図である。FIG. 13 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process of the SiC power MISFET that follows FIG. 12; 実施例3によるSiCパワーMISFETを示す要部断面図(図1のI−I線に沿った断面図)である。FIG. 6 is a main part sectional view showing a SiC power MISFET according to Example 3 (a sectional view taken along line I-I in FIG. 1); 実施例3によるSiCパワーMISFETの製造工程の一例を示す要部断面図である。12 is a sectional view of a key portion showing one example of a manufacturing process of the SiC power MISFET according to Example 3. FIG. 図15に続く、SiCパワーMISFETの製造工程を示す要部断面図である。FIG. 16 is a main-portion cross-sectional view illustrating the manufacturing process of the SiC power MISFET, continued from FIG. 15; 図16に続く、SiCパワーMISFETの製造工程を示す要部断面図である。FIG. 17 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process of the SiC power MISFET that follows FIG. 16; 実施例4によるSiCパワーMISFETを示す要部断面図(図1のI−I線に沿った断面図)である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a principal part showing a SiC power MISFET according to Example 4 (cross-sectional view taken along the line II in FIG. 1). 本発明者らによって検討されたSiCパワーMISFETの第1例を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows the 1st example of SiC power MISFET examined by the present inventors. 本発明者らによって検討されたSiCパワーMISFETの第2例を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows the 2nd example of SiC power MISFET examined by the present inventors.

以下の実施の形態において、便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。   In the following embodiments, when necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant to each other, and one is the other. There are some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like.

また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。   Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number.

また、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。   Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and clearly considered essential in principle. Needless to say.

また、「Aからなる」、「Aよりなる」、「Aを有する」、「Aを含む」と言うときは、特にその要素のみである旨明示した場合等を除き、それ以外の要素を排除するものでないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。   In addition, when referring to “consisting of A”, “consisting of A”, “having A”, and “including A”, other elements are excluded unless specifically indicated that only that element is included. It goes without saying that it is not what you do. Similarly, in the following embodiments, when referring to the shapes, positional relationships, etc. of the components, etc., the shapes are substantially the same unless otherwise specified, or otherwise apparent in principle. And the like are included. The same applies to the above numerical values and ranges.

また、以下の実施の形態で用いる図面においては、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。また、以下の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。以下、本実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。   Further, in the drawings used in the following embodiments, hatching may be added to make the drawings easy to see even if they are plan views. In all the drawings for explaining the following embodiments, components having the same function are denoted by the same reference numerals in principle, and repeated description thereof is omitted. Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings.

まず、本発明に先立って本発明者らによって検討されたSiCパワーMISFETについて説明する。   First, the SiC power MISFET studied by the present inventors prior to the present invention will be described.

図19および図20に、本発明者らによって検討されたSiCパワーMISFETの一例を示す。図19は、本発明者らによって検討されたSiCパワーMISFETの第1例を示す要部断面図である。図20は、本発明者らによって検討されたSiCパワーMISFETの第2例を示す要部断面図である。   19 and 20 show an example of the SiC power MISFET studied by the present inventors. FIG. 19 is a cross-sectional view of a main part showing a first example of a SiC power MISFET studied by the present inventors. FIG. 20 is a cross-sectional view of a principal part showing a second example of the SiC power MISFET studied by the present inventors.

図19に示すように、SiCパワーMISFETでは、オン抵抗を低くするために、互いに隣り合うp型ボディ領域4に挟まれたJFET領域7の不純物濃度を、n型エピタキシャル層2からなるドリフト層50の不純物濃度よりも高くしている。従って、p型ボディ領域4からドリフト層50へ広がる空乏層の伸びは、p型ボディ領域4からJFET領域7へ広がる空乏層の伸びよりも大きくなる。As shown in FIG. 19, in the SiC power MISFET, in order to reduce the on-resistance, the impurity concentration of the JFET region 7 sandwiched between the p-type body regions 4 adjacent to each other is changed to a drift layer made of the n -type epitaxial layer 2. The impurity concentration is higher than 50. Therefore, the extension of the depletion layer extending from the p-type body region 4 to the drift layer 50 is larger than the extension of the depletion layer extending from the p-type body region 4 to the JFET region 7.

このため、JFET領域7のn型エピタキシャル層2の表面からの深さが、p型ボディ領域4のn型エピタキシャル層2の表面からの深さと同じか、またはそれよりも浅い場合は、JFET領域7およびドリフト層50に、JFET領域7からドリフト層50に向けて流れる電流の経路が形成される。しかし、JFET領域7の不純物濃度が高いことから、互いに隣り合うp型ボディ領域4から伸びる空乏層に挟まれたJFET領域7の抵抗は低いが、ドリフト層50の不純物濃度が低いことから、互いに隣り合うp型ボディ領域4から伸びた空乏層により挟まれたドリフト層50の抵抗は高くなる。Therefore, when the depth from the surface of the n type epitaxial layer 2 of the JFET region 7 is the same as or shallower than the depth from the surface of the n type epitaxial layer 2 of the p type body region 4, In the JFET region 7 and the drift layer 50, a path of current flowing from the JFET region 7 toward the drift layer 50 is formed. However, since the impurity concentration of the JFET region 7 is high, the resistance of the JFET region 7 sandwiched between the depletion layers extending from the adjacent p-type body regions 4 is low, but the impurity concentration of the drift layer 50 is low. The resistance of drift layer 50 sandwiched between depletion layers extending from adjacent p-type body regions 4 is increased.

また、図20に示すように、JFET領域7のn型エピタキシャル層2の表面からの深さが、p型ボディ領域4のn型エピタキシャル層2の表面からの深さよりも深い場合は、p型ボディ領域4の角部(図20中、Cで示す角部)で電界が集中するため、SiCパワーMISFETの耐圧が低下する。
そこで、本発明は、オン抵抗が低く、かつ、高耐圧のSiCパワーMISFETを提供する。
Further, as shown in FIG. 20, n of the JFET region 7 - depth from the surface of the type epitaxial layer 2 is, p-type n body region 4 - If deeper than the depth from -type epitaxial layer 2 of the surface, Since the electric field concentrates at the corner of p-type body region 4 (corner indicated by C in FIG. 20), the breakdown voltage of the SiC power MISFET decreases.
Accordingly, the present invention provides a SiC power MISFET having a low on-resistance and a high breakdown voltage.

≪SiCパワーMISFETの構造≫   ≪SiC power MISFET structure≫

本実施例1によるSiCパワーMISFETの構造について図1および図2を用いて説明する。図1は、本実施例1による複数のSiCパワーMISFETセルが配列された素子形成領域の一部を示す要部平面図である。図2は、本実施例1によるSiCパワーMISFETを示す要部断面図(図1のI−I線に沿った断面図)である。SiCパワーMISFETは、プレーナ型のDMOS(Double diffused Metal oxide Semiconductor)構造のMISFETである。   The structure of the SiC power MISFET according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a main part plan view showing a part of an element formation region in which a plurality of SiC power MISFET cells according to the first embodiment are arranged. FIG. 2 is a sectional view (a sectional view taken along the line I-I in FIG. 1) showing the SiC power MISFET according to the first embodiment. The SiC power MISFET is a planar type MISFET having a double diffused metal oxide semiconductor (DMOS) structure.

図1および図2に示すように、SiCからなるn型SiC基板1の表面(第1主面)上に、n型SiC基板1よりも不純物濃度の低いSiCからなるn型エピタキシャル層2が形成されており、n型SiC基板1とn型エピタキシャル層2とからSiCエピタキシャル基板3が構成されている。n型エピタキシャル層2の厚さは、例えば5.0〜100.0μm程度である。As shown in FIGS. 1 and 2, an n type epitaxial layer made of SiC having an impurity concentration lower than that of the n + type SiC substrate 1 on the surface (first main surface) of the n + type SiC substrate 1 made of SiC. 2 is formed, and the n + type SiC substrate 1 and the n type epitaxial layer 2 constitute a SiC epitaxial substrate 3. The thickness of the n type epitaxial layer 2 is, for example, about 5.0 to 100.0 μm.

型エピタキシャル層2内には、n型エピタキシャル層2の表面から所定の深さを有して、複数のp型ボディ領域(ウェル領域)4が互いに離間して形成されている。p型ボディ領域4は、n型ピタキシャル層2の表面から第1深さを有する第1領域4aと、平面視において第1領域4aの周囲に、第1領域4aと接して形成され、n型ピタキシャル層2の表面から第1深さよりも浅い第2深さを有する第2領域4bとから構成される。すなわち、平面視におけるp型ボディ領域4の端部が、p型ボディ領域4の中央部よりも浅くなるように、p型ボディ領域4は形成されている。p型ボディ領域4の第1領域4aのn型エピタキシャル層2の表面からの第1深さは、例えば0.5〜2.0μm程度である。In the n -type epitaxial layer 2, a plurality of p-type body regions (well regions) 4 having a predetermined depth from the surface of the n -type epitaxial layer 2 are formed apart from each other. The p-type body region 4 is formed in contact with the first region 4a around the first region 4a in a plan view, the first region 4a having a first depth from the surface of the n -type epitaxial layer 2, and n - consists of the surface of the mold epitaxial layer 2 and a second region 4b having a shallower second depth than the first depth. That is, p type body region 4 is formed such that the end of p type body region 4 in plan view is shallower than the central portion of p type body region 4. A first depth of the first region 4a of the p-type body region 4 from the surface of the n -type epitaxial layer 2 is, for example, about 0.5 to 2.0 μm.

p型ボディ領域4内には、n型エピタキシャル層2の表面から所定の深さを有して、n型ソース領域5(図1では、網掛けのハッチングで示す領域)が形成されている。n型ソース領域5は、p型ボディ領域4の端部側面と離間してp型ボディ領域4内に形成されており、n型ソース領域5のn型エピタキシャル層2の表面からの深さは、例えば0.1〜0.5μm程度である。An n + type source region 5 (a region indicated by hatching in FIG. 1) having a predetermined depth from the surface of the n type epitaxial layer 2 is formed in the p type body region 4. Yes. The n + -type source region 5 is formed in the p-type body region 4 so as to be separated from the end side surface of the p-type body region 4, and from the surface of the n -type epitaxial layer 2 of the n + -type source region 5. The depth is, for example, about 0.1 to 0.5 μm.

また、p型ボディ領域4の電位を固定するp型電位固定領域6が形成されている。p型電位固定領域6のn型エピタキシャル層2の表面からの深さは、例えば0.1〜0.5μm程度である。Further, a p + type potential fixing region 6 for fixing the potential of the p type body region 4 is formed. The depth of the p + type potential fixing region 6 from the surface of the n type epitaxial layer 2 is, for example, about 0.1 to 0.5 μm.

互いに隣り合うp型ボディ領域4に挟まれた領域は、JFET(Junction Field Effect Transistor)領域(ドーピング領域)7として機能する部位である。また、p型ボディ領域4の端部側面(JFET領域7とp型ボディ領域4との界面)とn型ソース領域5の端部側面(p型ボディ領域4とn型ソース領域5との界面)との間に位置するp型ボディ領域4がチャネル領域8として機能する部位である。A region sandwiched between adjacent p-type body regions 4 is a portion that functions as a JFET (Junction Field Effect Transistor) region (doping region) 7. Further, the end side surface of the p-type body region 4 (interface between the JFET region 7 and the p-type body region 4) and the end side surface of the n + -type source region 5 (p-type body region 4 and n + -type source region 5 The p-type body region 4 located between the first and second interfaces) functions as the channel region 8.

JFET領域7は、互いに隣り合うp型ボディ領域4の第2領域4bの間、およびp型ボディ領域4の第2領域4bの下に、p型ボディ領域4の第1領域4aの第1深さと同じか、それよりも深く形成されている。すなわち、JFET領域7は、p型ボディ領域4の第2領域4bの側面および底面を囲むように形成されており、互いに隣り合うp型ボディ領域4の方向に沿った断面で見た場合、凸形状を有している。   JFET region 7 has a first depth of first region 4a of p-type body region 4 between second regions 4b of adjacent p-type body regions 4 and below second region 4b of p-type body region 4. Or deeper than that. That is, the JFET region 7 is formed so as to surround the side surface and the bottom surface of the second region 4b of the p-type body region 4, and is convex when viewed in a cross section along the direction of the adjacent p-type body regions 4. It has a shape.

型エピタキシャル層2のうち、p型ボディ領域4およびJFET領域7が形成されていない領域が、耐圧を確保する役目を担うドリフト層として機能する領域である。また、n型SiC基板1が、ドレイン層として機能する領域である。Of the n type epitaxial layer 2, a region where the p-type body region 4 and the JFET region 7 are not formed is a region functioning as a drift layer that plays a role of ensuring a breakdown voltage. Further, the n + type SiC substrate 1 is a region functioning as a drain layer.

なお、「」および「」は、導電型がn型またはp型の相対的な不純物濃度を表記した符号であり、例えば「n」、「n」、「n」の順にn型不純物の不純物濃度は高くなり、「p」、「p」、「p」の順にp型不純物の不純物濃度は高くなる。Note that “ ” and “ + ” are signs representing relative impurity concentrations of n-type or p-type conductivity, for example, n-type in the order of “n ”, “n”, and “n + ”. The impurity concentration of the impurity increases, and the impurity concentration of the p-type impurity increases in the order of “p ”, “p”, and “p + ”.

型SiC基板1の不純物濃度の好ましい範囲は、例えば1×1018〜1×1021cm−3程度、n型エピタキシャル層2の不純物濃度の好ましい範囲は、例えば1×1014〜1×1017cm−3程度である。また、p型ボディ領域4の不純物濃度の好ましい範囲は、例えば1×1018cm−3程度、n型ソース領域5の不純物濃度の好ましい範囲は、例えば1×1020cm−3程度、p型電位固定領域6の不純物濃度の好ましい範囲は、例えば1×1020cm−3程度、JFET領域7の不純物濃度の好ましい範囲は、例えば3×1016cm−3程度である。A preferable range of the impurity concentration of the n + -type SiC substrate 1 is, for example, about 1 × 10 18 to 1 × 10 21 cm −3 , and a preferable range of the impurity concentration of the n -type epitaxial layer 2 is, for example, 1 × 10 14 to 1. It is about × 10 17 cm −3 . In addition, a preferable range of the impurity concentration of the p-type body region 4 is, for example, about 1 × 10 18 cm −3 , and a preferable range of the impurity concentration of the n + -type source region 5 is, for example, about 1 × 10 20 cm −3 , p A preferable range of the impurity concentration of the + -type potential fixing region 6 is, for example, about 1 × 10 20 cm −3 , and a preferable range of the impurity concentration of the JFET region 7 is, for example, about 3 × 10 16 cm −3 .

チャネル領域8上にはゲート絶縁膜10が形成され、ゲート絶縁膜10上にはゲート電極11が形成されている。ゲート電極11は、平面視において格子状に形成されており、ゲート電極11で囲まれるように、p型のボディ領域4が形成されている。   A gate insulating film 10 is formed on the channel region 8, and a gate electrode 11 is formed on the gate insulating film 10. The gate electrode 11 is formed in a lattice shape in plan view, and a p-type body region 4 is formed so as to be surrounded by the gate electrode 11.

これらゲート絶縁膜10およびゲート電極11は層間絶縁膜12により覆われている。層間絶縁膜12に形成された開口部13の底面にはn型ソース領域5の一部およびp型電位固定領域6が露出し、これら表面に金属シリサイド層14が形成されている。The gate insulating film 10 and the gate electrode 11 are covered with an interlayer insulating film 12. A part of the n + type source region 5 and the p + type potential fixing region 6 are exposed on the bottom surface of the opening 13 formed in the interlayer insulating film 12, and a metal silicide layer 14 is formed on these surfaces.

さらに、n型ソース領域5の一部およびp型電位固定領域6は、金属シリサイド層14を介してソース配線用電極15と電気的に接続され、n型SiC基板1は、金属シリサイド層16を介してドレイン配線用電極17と電気的に接続されている。図示は省略するが、同様に、ゲート電極11は、ゲート配線用電極に電気的に接続されている。ソース配線用電極15には外部からソース電位が印加され、ドレイン配線用電極17には外部からドレイン電位が印加され、ゲート配線用電極には外部からゲート電位が印加される。
次に、本実施例1によるSiCパワーMISFETの構造の特徴について説明する。
Further, a part of the n + type source region 5 and the p + type potential fixing region 6 are electrically connected to the source wiring electrode 15 through the metal silicide layer 14, and the n + type SiC substrate 1 is made of metal silicide. The drain wiring electrode 17 is electrically connected through the layer 16. Although illustration is omitted, similarly, the gate electrode 11 is electrically connected to the gate wiring electrode. A source potential is applied to the source wiring electrode 15 from the outside, a drain potential is applied to the drain wiring electrode 17 from the outside, and a gate potential is applied to the gate wiring electrode from the outside.
Next, features of the structure of the SiC power MISFET according to the first embodiment will be described.

本実施例1によるSiCパワーMISFETでは、p型ボディ領域4を、第1深さを有する第1領域4aと、平面視において第1領域4aの周囲に、第1領域4aと接して形成された第1深さよりも浅い第2深さを有する第2領域4bとによって構成する。そして、JFET領域7を、互いに隣り合うp型ボディ領域4の第2領域4bの間、およびp型ボディ領域4の第2領域4bの下に、p型ボディ領域4の第1領域4aの第1深さと同じか、それよりも深く形成する。   In the SiC power MISFET according to the first embodiment, the p-type body region 4 is formed in contact with the first region 4a around the first region 4a in plan view and the first region 4a having the first depth. The second region 4b has a second depth shallower than the first depth. Then, the JFET region 7 is placed between the second regions 4b of the p-type body region 4 adjacent to each other and below the second region 4b of the p-type body region 4 in the first region 4a of the p-type body region 4. It is the same as 1 depth or deeper than that.

これにより、JFET領域7によって、p型ボディ領域4の第2領域4bの有する角部Aと、p型ボディ領域4の第1領域4aと第2領域4bとの境界部分に形成される角部Bとを囲むことができるので、p型ボディ領域4とJFET領域7とのpn接合部にかかる電界を、角部Aおよび角部Bに分散することができる。   Thereby, the corner portion formed by the JFET region 7 at the corner portion A of the second region 4b of the p-type body region 4 and the boundary portion between the first region 4a and the second region 4b of the p-type body region 4 is formed. Since B can be surrounded, the electric field applied to the pn junction between the p-type body region 4 and the JFET region 7 can be dispersed in the corners A and B.

例えば図20に示したSiCパワーMISFETでは、p型ボディ領域4とJFET領域7とのpn接合部にかかる電界が角部Cに集中して、耐圧が著しく低下する。しかし、本実施例1によるSiCパワーMISFETでは、低いオン抵抗を得るためにJFET領域7を形成しても、p型ボディ領域4とJFET領域7とのpn接合部にかかる電界が角部Aおよび角部Bに分散するので、耐圧の低下を回避することができる。   For example, in the SiC power MISFET shown in FIG. 20, the electric field applied to the pn junction between the p-type body region 4 and the JFET region 7 is concentrated on the corner C, and the breakdown voltage is significantly reduced. However, in the SiC power MISFET according to the first embodiment, even if the JFET region 7 is formed in order to obtain a low on-resistance, the electric field applied to the pn junction between the p-type body region 4 and the JFET region 7 is reduced to the corner A and Since it is dispersed in the corner B, it is possible to avoid a decrease in breakdown voltage.

なお、素子形成領域におけるSiCパワーMISFETのレイアウトは、図1に示したものに限定されるものではない。例えば、図3および図4に示すレイアウトであってもよい。図3は、本実施例1の第1変形例による複数のSiCパワーMISFETセルが配列された素子形成領域の一部を示す要部平面図である。図4は、本実施例1の第2変形例による複数のSiCパワーMISFETセルが配列された素子形成領域の一部を示す要部平面図である。   The layout of the SiC power MISFET in the element formation region is not limited to that shown in FIG. For example, the layout shown in FIGS. 3 and 4 may be used. FIG. 3 is a main part plan view showing a part of an element formation region in which a plurality of SiC power MISFET cells according to a first modification of the first embodiment are arranged. FIG. 4 is a main part plan view showing a part of an element formation region in which a plurality of SiC power MISFET cells according to a second modification of the first embodiment are arranged.

図1に示したSiCパワーMISFETのレイアウトでは、第1方向Yに沿って第1間隔で配置された複数のp型ボディ領域4が、第1方向YとSiCエピタキシャル基板3の表面において直交する第2方向Xに沿って第2間隔で配置されており、複数のp型ボディ領域4が、格子状に配置されたゲート電極11に囲まれるように位置している。   In the layout of the SiC power MISFET shown in FIG. 1, the plurality of p-type body regions 4 arranged at the first interval along the first direction Y are perpendicular to the first direction Y on the surface of the SiC epitaxial substrate 3. The two p-type body regions 4 are arranged at second intervals along the two directions X, and are positioned so as to be surrounded by the gate electrodes 11 arranged in a lattice pattern.

図3に示すSiCパワーMISFETのレイアウトでは、第1方向Yに沿って第1間隔で配置された複数のp型ボディ領域4が、第1間隔の半分の位置に、交互に位置するように第2方向Xに沿って第2間隔で配置されている。複数のp型ボディ領域4は、所謂千鳥配列となるように配置されている。   In the layout of the SiC power MISFET shown in FIG. 3, the plurality of p-type body regions 4 arranged at the first interval along the first direction Y are alternately positioned at half the first interval. They are arranged at a second interval along the two directions X. The plurality of p-type body regions 4 are arranged in a so-called staggered arrangement.

図4に示すSiCパワーMISFETのレイアウトでは、複数のp型ボディ領域4が、第2方向Xに互いに離間して、第1方向Yに沿って延在して配置され、複数のゲート電極11が、互いに隣り合うp型ボディ領域4の間に、第1方向Yに沿って延在して配置されている。
≪SiCパワーMISFETの製造方法≫
In the layout of the SiC power MISFET shown in FIG. 4, a plurality of p-type body regions 4 are arranged so as to be separated from each other in the second direction X and extend along the first direction Y, and the plurality of gate electrodes 11 are arranged. , Between the adjacent p-type body regions 4, the first body region 4 extends in the first direction Y.
≪SiC power MISFET manufacturing method≫

本実施例1によるSiCパワーMISFETの製造方法について図5〜図7を用いて工程順に説明する。図5〜図7は、本実施例1によるSiCパワーMISFETの製造工程の一例を示す要部断面図である。   A manufacturing method of the SiC power MISFET according to the first embodiment will be described in the order of steps with reference to FIGS. 5 to 7 are cross-sectional views of relevant parts showing an example of manufacturing steps of the SiC power MISFET according to the first embodiment.

まず、図5に示すように、n型4H−SiC基板1を用意する。n型SiC基板1には、n型不純物が導入されている。n型不純物は、例えば窒素(N)であり、n型不純物の不純物濃度は、例えば1×1018〜1×1021cm−3程度である。また、n型SiC基板1はSi面とC面との両面を有するが、n型SiC基板1の表面はSi面またはC面のどちらでもよい。First, as shown in FIG. 5, an n + -type 4H—SiC substrate 1 is prepared. An n-type impurity is introduced into the n + -type SiC substrate 1. The n-type impurity is, for example, nitrogen (N), and the impurity concentration of the n-type impurity is, for example, about 1 × 10 18 to 1 × 10 21 cm −3 . The n + type SiC substrate 1 has both a Si surface and a C surface, but the surface of the n + type SiC substrate 1 may be either the Si surface or the C surface.

次に、n型SiC基板1の表面にエピタキシャル成長法によりSiCのn型エピタキシャル層2を形成する。n型エピタキシャル層2には、n型SiC基板1の不純物濃度よりも低いn型不純物が導入されている。n型エピタキシャル層2の不純物濃度はSiCパワーMISFETの素子定格に依存するが、例えば1×1014〜1×1017cm−3程度である。また、n型エピタキシャル層2の厚さは、例えば5.0〜100.0μmである。以上の工程により、n型SiC基板1およびn型エピタキシャル層2からなるSiCエピタキシャル基板3が形成される。Next, an SiC n type epitaxial layer 2 is formed on the surface of the n + type SiC substrate 1 by an epitaxial growth method. In the n type epitaxial layer 2, n type impurities lower than the impurity concentration of the n + type SiC substrate 1 are introduced. Although the impurity concentration of the n type epitaxial layer 2 depends on the element rating of the SiC power MISFET, it is, for example, about 1 × 10 14 to 1 × 10 17 cm −3 . Moreover, the thickness of the n type epitaxial layer 2 is, for example, 5.0 to 100.0 μm. Through the above steps, SiC epitaxial substrate 3 composed of n + type SiC substrate 1 and n type epitaxial layer 2 is formed.

次に、n型エピタキシャル層2にp型不純物、例えばアルミニウム原子(Al)を最大エネルギー500keVでイオン注入する。これにより、n型エピタキシャル層2の素子形成領域にp型ボディ領域4を形成し、図示は省略するが、周辺形成領域にフローティング・フィールド・リミッティング・リング(Field Limiting Ring:FLR)構造を形成する。Next, p-type impurities such as aluminum atoms (Al) are ion-implanted into the n -type epitaxial layer 2 with a maximum energy of 500 keV. As a result, a p-type body region 4 is formed in the element formation region of the n -type epitaxial layer 2 and a floating field limiting ring (FLR) structure is formed in the peripheral formation region although illustration is omitted. Form.

p型ボディ領域4のn型エピタキシャル層2の表面からの深さは、例えば0.5〜2.0μm程度である。また、p型ボディ領域4の不純物濃度は、例えば1×1016〜1×1019cm−3程度である。周辺形成領域の終端部には、FLR構造を形成したが、これに限定されるものではな。終端部の構造としては、例えばジャンクション・ターミネーション・エクステンション(Junction Termination Extension:JTE)構造であってもよい。The depth of the p-type body region 4 from the surface of the n -type epitaxial layer 2 is, for example, about 0.5 to 2.0 μm. The impurity concentration of the p-type body region 4 is, for example, about 1 × 10 16 to 1 × 10 19 cm −3 . Although the FLR structure is formed at the end portion of the peripheral formation region, it is not limited to this. As a structure of the termination portion, for example, a junction termination extension (JTE) structure may be used.

次に、n型エピタキシャル層2にn型不純物、例えば窒素原子(N)を最大エネルギー120keVでイオン注入して、p型ボディ領域4内に、p型ボディ領域4の端部側面から離間してn型ソース領域5を形成する。n型ソース領域5のn型エピタキシャル層2の表面からの深さは、例えば0.1〜0.5μm程度である。また、n型ソース領域5の不純物濃度は、例えば1×1020cm−3程度である。Next, an n-type impurity, for example, a nitrogen atom (N) is ion-implanted into the n -type epitaxial layer 2 with a maximum energy of 120 keV, and the p-type body region 4 is separated from the side surface of the end of the p-type body region 4. N + -type source region 5 is formed. The depth of the n + type source region 5 from the surface of the n type epitaxial layer 2 is, for example, about 0.1 to 0.5 μm. Further, the impurity concentration of the n + -type source region 5 is, for example, about 1 × 10 20 cm −3 .

次に、n型エピタキシャル層2にp型不純物、例えばアルミニウム原子(Al)を最大エネルギー150keVでイオン注入して、p型ボディ領域4の電位を固定する領域にp型電位固定領域6を形成する。p型電位固定領域6のn型エピタキシャル層2の表面からの深さは、例えば0.1〜0.5μm程度である。また、p型電位固定領域6の不純物濃度は、例えば1×1020cm−3程度である。Next, a p-type impurity, for example, an aluminum atom (Al) is ion-implanted into the n -type epitaxial layer 2 at a maximum energy of 150 keV, and a p + -type potential fixing region 6 is formed in a region for fixing the potential of the p-type body region 4. Form. The depth of the p + type potential fixing region 6 from the surface of the n type epitaxial layer 2 is, for example, about 0.1 to 0.5 μm. Further, the impurity concentration of the p + -type potential fixing region 6 is, for example, about 1 × 10 20 cm −3 .

次に、図6に示すように、n型エピタキシャル層2の表面上に、マスク18を形成する。マスク18には、後の工程においてJFET領域7が形成される領域のみに開口部分が設けられている。すなわち、マスク18には、互いに隣り合うp型ボディ領域4の間およびp型ボディ領域4の端部が露出するように開口部分が設けられている。Next, as shown in FIG. 6, a mask 18 is formed on the surface of the n type epitaxial layer 2. The mask 18 is provided with an opening only in a region where the JFET region 7 is formed in a later process. That is, the mask 18 is provided with an opening so that the p-type body region 4 adjacent to each other and the end of the p-type body region 4 are exposed.

次に、マスク18越しに、n型エピタキシャル層2にn型不純物、例えば窒素原子(N)を最大エネルギー1,000keVでイオン注入して、p型ボディ領域4のn型エピタキシャル層2の表面からの深さと同じか、それよりも深く、JFET領域7を形成する。JFET領域7の不純物濃度は、例えば3×1016cm−3程度である。Then, over the mask 18, n - n-type impurity -type epitaxial layer 2, for example, nitrogen atom (N) is ion-implanted at a maximum energy 1,000 keV, the p-type body region 4 n - -type epitaxial layer 2 The JFET region 7 is formed to be equal to or deeper than the depth from the surface. The impurity concentration of the JFET region 7 is, for example, about 3 × 10 16 cm −3 .

これにより、互いに隣り合うp型ボディ領域4の間およびp型ボディ領域4の端部の下部に、JFET領域7が形成される。具体的には、n型エピタキシャル層2の表面から第1深さを有する第1領域4aと、平面視において第1領域4aの周囲に、第1領域4aと接して、n型エピタキシャル層2の表面から第2深さを有する第2領域4bとから構成されるp型ボディ領域4が形成される。ここで、第2領域4bの第2深さは第1領域4aの第1深さよりも浅い。また、互いに隣り合うp型ボディ領域4の第2領域4bの間、およびp型ボディ領域4の第2領域4bの下にJFET領域7が形成される。すなわち、JFET領域7は、p型ボディ領域4の第2領域4bの側面および底面を囲むように形成されており、互いに隣り合うp型ボディ領域4の方向に沿った断面で見た場合、凸形状を有している。Thereby, JFET region 7 is formed between adjacent p-type body regions 4 and below the end of p-type body region 4. Specifically, n - a first region 4a having a surface -type epitaxial layer 2 a first depth, around the first region 4a in a plan view, in contact with the first region 4a, n - -type epitaxial layer The p-type body region 4 is formed which is composed of the second region 4b having the second depth from the surface of 2. Here, the second depth of the second region 4b is shallower than the first depth of the first region 4a. Further, JFET region 7 is formed between second regions 4 b of p-type body regions 4 adjacent to each other and below second region 4 b of p-type body region 4. That is, the JFET region 7 is formed so as to surround the side surface and the bottom surface of the second region 4b of the p-type body region 4. It has a shape.

次に、マスク18を除去した後、図示は省略するが、SiCエピタキシャル基板3の表面上および裏面上に、例えばプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法により炭素(C)膜を堆積する。炭素(C)膜の厚さは、例えば0.03μm程度である。この炭素(C)膜により、SiCエピタキシャル基板3の表面を被覆した後、SiCエピタキシャル基板3に1,700℃程度の温度で2〜3分程度の熱処理を施す。これにより、SiCエピタキシャル基板3にイオン注入した各不純物の活性化を行う。熱処理後は、炭素(C)膜を、例えば酸素プラズマ処理により除去する。   Next, after the mask 18 is removed, although not shown, a carbon (C) film is deposited on the front and back surfaces of the SiC epitaxial substrate 3 by, for example, a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) method. The thickness of the carbon (C) film is, for example, about 0.03 μm. After covering the surface of the SiC epitaxial substrate 3 with this carbon (C) film, the SiC epitaxial substrate 3 is subjected to heat treatment at a temperature of about 1,700 ° C. for about 2 to 3 minutes. Thereby, each impurity ion-implanted into the SiC epitaxial substrate 3 is activated. After the heat treatment, the carbon (C) film is removed by, for example, oxygen plasma treatment.

次に、図7に示すように、n型エピタキシャル層2の表面上に、酸窒化珪素からなるゲート絶縁膜10を形成する。ゲート絶縁膜10は、例えばCVD法により酸化珪素(SiO)膜を形成した後、酸化窒素(NOまたはNO)雰囲気で熱処理することにより形成される。ゲート絶縁膜10の厚さは、例えば0.05〜0.15μm程度である。Next, as shown in FIG. 7, a gate insulating film 10 made of silicon oxynitride is formed on the surface of the n type epitaxial layer 2. The gate insulating film 10 is formed by, for example, forming a silicon oxide (SiO 2 ) film by a CVD method and then performing a heat treatment in a nitrogen oxide (NO or N 2 O) atmosphere. The thickness of the gate insulating film 10 is, for example, about 0.05 to 0.15 μm.

次に、ゲート絶縁膜10上に多結晶珪素(Si)膜を形成し、この多結晶珪素(Si)膜をドライエッチング法により加工して、ゲート電極11を形成する。ゲート電極11の厚さは、例えば0.2〜0.5μm程度である。   Next, a polycrystalline silicon (Si) film is formed on the gate insulating film 10, and the polycrystalline silicon (Si) film is processed by a dry etching method to form the gate electrode 11. The thickness of the gate electrode 11 is, for example, about 0.2 to 0.5 μm.

次に、n型エピタキシャル層2の表面上にゲート電極11およびゲート絶縁膜10を覆うように、例えばプラズマCVD法により層間絶縁膜12を形成する。その後、層間絶縁膜12およびゲート絶縁膜10をドライエッチング法により加工して、n型ソース領域5の一部およびp型電位固定領域6に達する開口部13を形成する。Next, an interlayer insulating film 12 is formed on the surface of the n -type epitaxial layer 2 so as to cover the gate electrode 11 and the gate insulating film 10 by, for example, a plasma CVD method. Thereafter, the interlayer insulating film 12 and the gate insulating film 10 are processed by dry etching to form a part of the n + type source region 5 and an opening 13 reaching the p + type potential fixing region 6.

次に、開口部13の底面に露出しているn型ソース領域5の一部およびp型電位固定領域6のそれぞれの表面に金属シリサイド層14、例えばニッケルシリサイド(NiSi)層を形成する。さらに、n型SiC基板1の裏面に金属シリサイド層16、例えばニッケルシリサイド(NiSi)層を形成する。Next, a metal silicide layer 14, for example, a nickel silicide (NiSi) layer is formed on a part of the n + -type source region 5 exposed on the bottom surface of the opening 13 and the respective surfaces of the p + -type potential fixing region 6. . Further, a metal silicide layer 16, for example, a nickel silicide (NiSi) layer is formed on the back surface of the n + type SiC substrate 1.

次に、金属シリサイド層16を覆うように、ドレイン配線用電極17を形成する(図2参照)。ドレイン配線用電極17の厚さは、例えば0.4μm程度である。   Next, a drain wiring electrode 17 is formed so as to cover the metal silicide layer 16 (see FIG. 2). The thickness of the drain wiring electrode 17 is, for example, about 0.4 μm.

次に、層間絶縁膜12をドライエッチング法により加工して、ゲート電極11に達する開口部(図示は省略)を形成する。   Next, the interlayer insulating film 12 is processed by a dry etching method to form an opening (not shown) reaching the gate electrode 11.

次に、n型ソース領域5の一部およびp型電位固定領域6のそれぞれの表面に形成された金属シリサイド膜14に達する開口部13、ならびにゲート電極11に達する開口部(図示は省略)の内部を含む層間絶縁膜12上に金属膜、例えばチタン(Ti)膜と窒化チタン(TiN)膜とアルミニウム(Al)膜とからなる積層膜を堆積する。アルミニウム(Al)膜の厚さは、例えば2.0μm以上が好ましい。続いて、積層膜を加工することにより、金属シリサイド層14を介してn型ソース領域5の一部と電気的に接続するソース配線用電極15およびゲート電極11と電気的に接続するゲート配線用電極(図示は省略)を形成する(図2参照)。その後、ソース配線用電極15およびゲート配線用電極(図示は省略)にそれぞれ外部配線が電気的に接続される。
≪電力変改装置(インバータ)≫
Next, an opening 13 reaching the metal silicide film 14 formed on a part of the n + -type source region 5 and the p + -type potential fixing region 6 and an opening reaching the gate electrode 11 (not shown) ) Is deposited on the inter-layer insulating film 12 including the inside of (). The thickness of the aluminum (Al) film is preferably 2.0 μm or more, for example. Subsequently, by processing the laminated film, the source wiring electrode 15 electrically connected to a part of the n + type source region 5 and the gate wiring electrically connected to the gate electrode 11 through the metal silicide layer 14. A working electrode (not shown) is formed (see FIG. 2). Thereafter, external wirings are electrically connected to the source wiring electrode 15 and the gate wiring electrode (not shown), respectively.
≪Power conversion device (inverter) ≫

本実施例1によるSiCパワーMISFETをスイッチング素子とした電力変換装置(インバータ)について図8および図9を用いて説明する。図8は、本実施例1によるSiCパワーMISFETをスイッチ素子として用いた電力変換装置(インバータ)の第1例を示す回路図である。図9は、本実施例1によるSiCパワーMISFETをスイッチ素子として用いた電力変換装置(インバータ)の第2例を示す回路図である。   A power conversion device (inverter) using the SiC power MISFET according to the first embodiment as a switching element will be described with reference to FIGS. FIG. 8 is a circuit diagram showing a first example of a power converter (inverter) using the SiC power MISFET according to the first embodiment as a switch element. FIG. 9 is a circuit diagram showing a second example of a power conversion device (inverter) using the SiC power MISFET according to the first embodiment as a switch element.

図8に示すように、本実施例1によるインバータは、制御回路21と、パワーモジュール22とを有する。制御回路21とパワーモジュール22とは、端子23および端子24で接続されている。パワーモジュール22は、電源電位(Vcc)とは端子25を介して、接地電位(GND)とは端子26を介して接続されている。パワーモジュールの出力は、端子27,28,29を介して3相モータ30に接続されている。   As shown in FIG. 8, the inverter according to the first embodiment includes a control circuit 21 and a power module 22. The control circuit 21 and the power module 22 are connected by a terminal 23 and a terminal 24. The power module 22 is connected to the power supply potential (Vcc) via the terminal 25 and to the ground potential (GND) via the terminal 26. The output of the power module is connected to the three-phase motor 30 via terminals 27, 28 and 29.

パワーモジュール22には、スイッチング素子として、本実施例1によるSiCパワーMISFET33が搭載されている。また、各SiCパワーMISFET33には、外付けの還流ダイオード32が接続されている。還流ダイオード32は、逆方向に電圧を印加した時に、金属と半導体との界面(ショットキー界面)にかかる電界を緩和して、逆方向動作時の漏れ電流を抑制するために設けられている。図8中、符号33で示すダイオードは、SiCパワーMISFETに形成されたp型電位固定領域6とn型SiC基板1とからなるボディダイオードである(図2等参照)。The power module 22 includes the SiC power MISFET 33 according to the first embodiment as a switching element. Each SiC power MISFET 33 is connected to an external freewheeling diode 32. The free-wheeling diode 32 is provided to relieve an electric field applied to an interface between a metal and a semiconductor (Schottky interface) when a voltage is applied in the reverse direction, and suppress a leakage current during reverse operation. In FIG. 8, a diode denoted by reference numeral 33 is a body diode including a p + type potential fixing region 6 and an n + type SiC substrate 1 formed in the SiC power MISFET (see FIG. 2 and the like).

各単相において、電源電位(Vcc)と3相モータ30の入力電位との間にSiCパワーMISFET31と還流ダイオード32とが逆並列に接続されており、3相モータ30の入力電位と接地電位(GND)との間にもSiCパワーMISFET31と還流ダイオード32とが逆並列に接続されている。つまり、3相モータ30の各単相に2つのSiCパワーMISFET31と2つの還流ダイオード32が設けられており、3相で6つのSiCパワーMISFET31と6つの還流ダイオード32が設けられている。そして、個々のSiCパワーMISFET31のゲート電極には制御回路21が接続されており、この制御回路21によってSiCパワーMISFET31が制御される。従って、制御回路21でパワーモジュール22のSiCパワーMISFET31に流れる電流を制御することにより、3相モータ30を駆動することができる。   In each single phase, the SiC power MISFET 31 and the freewheeling diode 32 are connected in antiparallel between the power supply potential (Vcc) and the input potential of the three-phase motor 30, and the input potential of the three-phase motor 30 and the ground potential ( The SiC power MISFET 31 and the free-wheeling diode 32 are also connected in reverse parallel to the GND). That is, two SiC power MISFETs 31 and two free-wheeling diodes 32 are provided in each single phase of the three-phase motor 30, and six SiC power MISFETs 31 and six free-wheeling diodes 32 are provided in three phases. A control circuit 21 is connected to the gate electrode of each SiC power MISFET 31, and the SiC power MISFET 31 is controlled by the control circuit 21. Therefore, the three-phase motor 30 can be driven by controlling the current flowing in the SiC power MISFET 31 of the power module 22 by the control circuit 21.

本実施例1によるSiCパワーMISFET31は、前述のようにオン抵抗が低く、かつ、高耐圧であるので、高性能・高信頼なパワーモジュール22を実現することができる。   Since the SiC power MISFET 31 according to the first embodiment has a low on-resistance and a high breakdown voltage as described above, a high-performance and highly reliable power module 22 can be realized.

また、本実施例1によるSiCパワーMISFET31は、図2等に示したように、JFET領域7は、p型ボディ領域4の第2領域4bと接して、p型ボディ領域4の第2領域4bの下にも形成されている。すなわち、JFET領域7は、p型ボディ領域4の第2領域4bを囲むように形成されており、互いに隣り合うp型ボディ領域4の方向に沿った断面で見た場合、凸形状を有している。   Further, in the SiC power MISFET 31 according to the first embodiment, the JFET region 7 is in contact with the second region 4b of the p-type body region 4 and the second region 4b of the p-type body region 4 as shown in FIG. It is also formed under. That is, the JFET region 7 is formed so as to surround the second region 4b of the p-type body region 4, and has a convex shape when viewed in a cross section along the direction of the adjacent p-type body regions 4. ing.

従って、p型電位固定領域6とn型SiC基板1とからなるボディダイオード33を考えた場合、図2に矢印で示したように、p型電位固定領域6とn型SiC基板1との間を流れる電流は、p型ボディ領域4の第2領域4bの下のJFET領域7にも分散して流れるので、オン抵抗の低いボディダイオード33を得ることができる。Therefore, when a body diode 33 composed of the p + type potential fixing region 6 and the n + type SiC substrate 1 is considered, as indicated by an arrow in FIG. 2, the p + type potential fixing region 6 and the n + type SiC substrate Since the current flowing between 1 and 1 flows in a distributed manner in the JFET region 7 below the second region 4b of the p-type body region 4, a body diode 33 having a low on-resistance can be obtained.

これにより、本実施例1によるSiCパワーMISFET31を用いた場合は、ボディダイオード33と外付けの還流ダイオード32とが並列にSiCパワーMISFET31に接続された構成となるので、逆方向動作時の漏れ電流の抑制効果がより向上する。   As a result, when the SiC power MISFET 31 according to the first embodiment is used, the body diode 33 and the external freewheeling diode 32 are connected in parallel to the SiC power MISFET 31, so that the leakage current during reverse operation is obtained. The suppression effect is further improved.

さらに、図9に示すように、本実施例1によるSiCパワーMISFET31を用いた場合は、外付けの還流ダイオード32をSiCパワーMISFET31に接続せずに、ボディダイオード33のみを還流ダイオードとして機能させることもできる。これにより、高性能・高信頼なパワーモジュール22を実現することができることに加えて、電力変換装置の小型化も実現することができる。   Furthermore, as shown in FIG. 9, when the SiC power MISFET 31 according to the first embodiment is used, only the body diode 33 functions as a free-wheeling diode without connecting the external free-wheeling diode 32 to the SiC power MISFET 31. You can also. Thereby, in addition to realizing the high-performance and high-reliability power module 22, it is also possible to reduce the size of the power converter.

このように、本実施例1によれば、低いオン抵抗を得るためにJFET領域7を形成しても、p型ボディ領域4とJFET領域7とのpn接合部にかかる電界を分散することができるので、SiCパワーMISFETの耐圧を向上させることができる。これにより、オン抵抗が低く、かつ、高耐圧のSiCパワーMISFETを提供することができる。   Thus, according to the first embodiment, even when the JFET region 7 is formed in order to obtain a low on-resistance, the electric field applied to the pn junction between the p-type body region 4 and the JFET region 7 can be dispersed. Therefore, the breakdown voltage of the SiC power MISFET can be improved. Thereby, a SiC power MISFET having a low on-resistance and a high breakdown voltage can be provided.

さらに、電力変換装置に、本実施例1によるSiCパワーMISFET31を用いることにより、オン抵抗の低いボディダイオード33を得ることができるので、外付けの還流ダイオード32が不要となり、高性能・高信頼なパワーモジュール22を実現することができることに加えて、電力変換装置の小型化も実現することができる。   Further, by using the SiC power MISFET 31 according to the first embodiment in the power conversion device, the body diode 33 having a low on-resistance can be obtained, so that the external free-wheeling diode 32 is not required, and high performance and high reliability are achieved. In addition to realizing the power module 22, it is also possible to reduce the size of the power converter.

≪SiCパワーMISFETの構造≫   ≪SiC power MISFET structure≫

本実施例2によるSiCパワーMISFETの構造について図10を用いて説明する。図10は、本実施例2によるSiCパワーMISFETを示す要部断面図(図1のI−I線に沿った断面図)である。ここでは、前述の実施例1によるSiCパワーMISFETと相違する点について説明する。   The structure of the SiC power MISFET according to the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a cross-sectional view of a principal part showing the SiC power MISFET according to the second embodiment (cross-sectional view taken along the line II in FIG. 1). Here, differences from the SiC power MISFET according to the first embodiment will be described.

前述の実施例1によるSiCパワーMISFETでは、第1深さを有する第1領域4aと、第1深さよりも浅い第2深さを有する第2領域4bとからp型ボディ領域4を構成した。そして、JFET領域7の深さをp型ボディ領域4の第1深さとほぼ同じか、それよりも深くした。   In the SiC power MISFET according to Example 1 described above, the p-type body region 4 is composed of the first region 4a having the first depth and the second region 4b having the second depth shallower than the first depth. Then, the depth of the JFET region 7 was made substantially the same as or deeper than the first depth of the p-type body region 4.

しかし、図10に示すように、本実施例2によるSiCパワーMISFETでは、JFET領域7の深さをp型ボディ領域4の第1深さよりも浅く、第2深さよりも深くしている。   However, as shown in FIG. 10, in the SiC power MISFET according to the second embodiment, the depth of the JFET region 7 is shallower than the first depth of the p-type body region 4 and deeper than the second depth.

JFET領域7は、n型エピタキシャル層2にn型不純物をイオン注入することにより、形成される。このため、JFET領域7の不純物濃度分布をn型エピタキシャル層2の深さ方向に見た場合、ピーク値を超えると、JFET領域7が深くなるに従い不純物濃度は低くなる。従って、本実施例2におけるp型ボディ領域4の角部Aおよび角部Bが位置する部分のJFET領域7の不純物濃度は、前述の実施例1におけるp型ボディ領域4の角部Aおよび角部Bが位置する部分のJFET領域7の不純物濃度よりも低くなる。The JFET region 7 is formed by ion-implanting n-type impurities into the n -type epitaxial layer 2. For this reason, when the impurity concentration distribution of the JFET region 7 is viewed in the depth direction of the n type epitaxial layer 2, when the peak value is exceeded, the impurity concentration decreases as the JFET region 7 becomes deeper. Therefore, the impurity concentration of the JFET region 7 in the portion where the corner portion A and the corner portion B of the p-type body region 4 in the second embodiment is located is the same as the corner portion A and the corner of the p-type body region 4 in the first embodiment. It becomes lower than the impurity concentration of the JFET region 7 in the portion where the portion B is located.

これにより、本実施例2におけるp型ボディ領域4とJFET領域7とのpn接合耐圧が、前述の実施例1におけるp型ボディ領域4とJFET領域7とのpn接合耐圧よりも高くなるので、本実施例2によるSiCパワーMISFETの耐圧は、前述の実施例1によるSiCパワーMISFETの耐圧よりも向上する。
≪SiCパワーMISFETの製造方法≫
As a result, the pn junction breakdown voltage between the p-type body region 4 and the JFET region 7 in Example 2 is higher than the pn junction breakdown voltage between the p-type body region 4 and the JFET region 7 in Example 1 described above. The breakdown voltage of the SiC power MISFET according to the second embodiment is higher than the breakdown voltage of the SiC power MISFET according to the first embodiment.
≪SiC power MISFET manufacturing method≫

本実施例2によるSiCパワーMISFETの製造方法について図11〜図13を用いて工程順に説明する。図11〜図13は、本実施例1によるSiCパワーMISFETの製造工程の一例を示す要部断面図である。   A manufacturing method of the SiC power MISFET according to the second embodiment will be described in the order of steps with reference to FIGS. FIGS. 11 to 13 are cross-sectional views of relevant parts showing an example of manufacturing steps of the SiC power MISFET according to the first embodiment.

まず、図11に示すように、前述の実施例1と同様にして、n型SiC基板1の表面にSiCのn型エピタキシャル層2を形成して、n型SiC基板1およびn型エピタキシャル層2からなるSiCエピタキシャル基板3を形成する。First, as shown in FIG. 11, an n type epitaxial layer 2 of SiC is formed on the surface of an n + type SiC substrate 1 in the same manner as in the first embodiment, and the n + type SiC substrate 1 and n A SiC epitaxial substrate 3 composed of the type epitaxial layer 2 is formed.

次に、n型エピタキシャル層2にp型不純物、例えばアルミニウム原子(Al)を最大エネルギー500keVでイオン注入して、p型ボディ領域4を形成し、n型エピタキシャル層2にn型不純物、例えば窒素原子(N)を最大エネルギー120keVでイオン注入して、p型ボディ領域4内に、p型ボディ領域4の端部側面から離間するn型ソース領域5を形成する。Next, p-type impurities, for example, aluminum atoms (Al) are ion-implanted into the n -type epitaxial layer 2 with a maximum energy of 500 keV to form the p-type body region 4, and the n -type epitaxial layer 2 has n-type impurities, For example, nitrogen atoms (N) are ion-implanted with a maximum energy of 120 keV to form an n + -type source region 5 that is separated from the end side surface of the p-type body region 4 in the p-type body region 4.

次に、n型エピタキシャル層2にn型不純物、例えば窒素原子(N)を最大エネルギー1,000keVでイオン注入して、p型ボディ領域4のn型エピタキシャル層2の表面からの深さよりも深く、JFET領域7を形成する。p型ボディ領域4の不純物濃度は、例えば1×1018cm−3程度、n型ソース領域5の不純物濃度は、例えば1×1020cm−3程度、JFET領域7の不純物濃度は、例えば3×1016cm−3程度である。Then, n - n-type impurity -type epitaxial layer 2, for example, nitrogen atom (N) is ion-implanted at a maximum energy 1,000 keV, the p-type body region 4 n - than the depth from -type epitaxial layer 2 of the surface The JFET region 7 is formed deeply. The impurity concentration of the p-type body region 4 is, for example, about 1 × 10 18 cm −3 , the impurity concentration of the n + -type source region 5 is, for example, about 1 × 10 20 cm −3 , and the impurity concentration of the JFET region 7 is, for example, It is about 3 × 10 16 cm −3 .

次に、図12に示すように、n型エピタキシャル層2の表面上に、マスク19を形成する。マスク19には、後の工程においてp型電位固定領域6が形成される領域のみに開口部分が設けられている。Next, as shown in FIG. 12, a mask 19 is formed on the surface of the n type epitaxial layer 2. The mask 19 is provided with an opening only in a region where the p + -type potential fixing region 6 is formed in a later step.

次に、マスク19越しに、n型エピタキシャル層2にp型不純物、例えばアルミニウム原子(Al)を最大エネルギー1,000keVでイオン注入して、n型エピタキシャル層2の表面付近の不純物濃度が、例えば1×1020cm−3程度、深い領域の不純物濃度が、例えば1×1018cm−3程度のp型電位固定領域6を形成する。この際、p型不純物を高エネルギーでイオン注入しているので、すでに形成されているp型ボディ領域4およびJFET領域7よりも深くp型不純物がイオン注入される。Then, over the mask 19, n - p-type impurity -type epitaxial layer 2, for example, aluminum atom (Al) is ion-implanted at a maximum energy 1,000 keV, n - impurity concentration near the surface of the type epitaxial layer 2 , for example, about 1 × 10 20 cm -3, the impurity concentration of the deep region, for example, is formed about 1 × 10 18 cm -3 in p + -type potential fixing region 6. At this time, since the p-type impurity is ion-implanted with high energy, the p-type impurity is ion-implanted deeper than the already formed p-type body region 4 and JFET region 7.

これにより、n型エピタキシャル層2の表面から第1深さを有する第1領域4aと、平面視において第1領域4aの周囲に、第1領域4aと接して、n型エピタキシャル層2の表面から第2深さを有する第2領域4bとから構成されるp型ボディ領域4が形成される。ここで、第2領域4bの第2深さは第1領域4aの第1深さよりも浅い。また、JFET領域7は、p型ボディ領域4の第2領域4bの下に形成されるが、n型エピタキシャル層2の表面からの深さは、p型ボディ領域4の第2領域4bよりも深く、第1領域4aよりも浅い。Thereby, the first region 4a having the first depth from the surface of the n type epitaxial layer 2 and the first region 4a in contact with the first region 4a in a plan view, the n type epitaxial layer 2 A p-type body region 4 composed of a second region 4b having a second depth from the surface is formed. Here, the second depth of the second region 4b is shallower than the first depth of the first region 4a. The JFET region 7 is formed below the second region 4 b of the p-type body region 4, but the depth from the surface of the n -type epitaxial layer 2 is larger than that of the second region 4 b of the p-type body region 4. Deeper and shallower than the first region 4a.

次に、マスク19を除去した後、1,700℃程度の温度で2〜3分程度の熱処理を施して、SiCエピタキシャル基板3にイオン注入した各不純物の活性化を行う。   Next, after removing the mask 19, heat treatment is performed at a temperature of about 1,700 ° C. for about 2 to 3 minutes to activate each impurity ion-implanted into the SiC epitaxial substrate 3.

次に、図13に示すように、前述の実施例1と同様にして、n型SiC基板1の表面側に、ゲート絶縁膜10、ゲート電極11、層間絶縁膜12および金属シリサイド層14を形成し、n型SiC基板1の裏面側に、金属シリサイド層16を形成する。さらに、ソース配線用電極15、ゲート配線用電極およびドレイン配線用電極17を形成する(図10参照)。Next, as shown in FIG. 13, the gate insulating film 10, the gate electrode 11, the interlayer insulating film 12, and the metal silicide layer 14 are formed on the surface side of the n + type SiC substrate 1 in the same manner as in the first embodiment. Then, a metal silicide layer 16 is formed on the back surface side of the n + -type SiC substrate 1. Further, a source wiring electrode 15, a gate wiring electrode, and a drain wiring electrode 17 are formed (see FIG. 10).

このように、本実施例2によれば、前述の実施例1よりも、さらに、p型ボディ領域4とJFET領域7とのpn接合部にかかる電界を低くすることができるので、SiCパワーMISFETの耐圧を向上させることができる。   As described above, according to the second embodiment, the electric field applied to the pn junction between the p-type body region 4 and the JFET region 7 can be further reduced as compared with the first embodiment. The withstand voltage can be improved.

≪SiCパワーMISFETの構造≫   ≪SiC power MISFET structure≫

本実施例3によるSiCパワーMISFETの構造について図14を用いて説明する。図14は、本実施例3によるSiCパワーMISFETを示す要部断面図(図1のI−I線に沿った断面図)である。ここでは、前述の実施例1によるSiCパワーMISFETと相違する点について説明する。   The structure of the SiC power MISFET according to the third embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 14 is a cross-sectional view of an essential part showing the SiC power MISFET according to the third embodiment (cross-sectional view taken along the line II in FIG. 1). Here, differences from the SiC power MISFET according to the first embodiment will be described.

前述の実施例1によるSiCパワーMISFETでは、n型ソース領域5が形成されたn型エピタキシャル層2の表面は平坦であり、n型ソース領域5の不純物濃度は、チャネル領域8からp型電位固定領域6にわたってほぼ均一である。In the SiC power MISFET according to Example 1 described above, the surface of the n type epitaxial layer 2 on which the n + type source region 5 is formed is flat, and the impurity concentration of the n + type source region 5 is changed from the channel region 8 to p. It is almost uniform over the + -type potential fixing region 6.

しかし、図14に示すように、本実施例3によるSiCパワーMISFETでは、チャネル領域8側のn型ソース領域5が形成されたn型エピタキシャル層2の表面が、p型電位固定領域6側のn型ソース領域5が形成されたn型エピタキシャル層2の表面よりも低くなるように、n型エピタキシャル層2の表面に段差が形成されている。また、チャネル領域8側のn型ソース領域5の不純物濃度が、p型電位固定領域6側のn型ソース領域5の不純物濃度よりも低くなるように、n型ソース領域5が形成されている。However, as shown in FIG. 14, in the SiC power MISFET according to the third embodiment, the surface of the n type epitaxial layer 2 on which the n + type source region 5 on the channel region 8 side is formed is the p + type potential fixing region. A step is formed on the surface of the n type epitaxial layer 2 so as to be lower than the surface of the n type epitaxial layer 2 on which the n + type source region 5 on the 6 side is formed. Further, the n + -type source region 5 is arranged so that the impurity concentration of the n + -type source region 5 on the channel region 8 side is lower than the impurity concentration of the n + -type source region 5 on the p + -type potential fixing region 6 side. Is formed.

このように、n型エピタキシャル層2の表面に段差を形成することにより、後述するSiCパワーMISFETの製造方法において、JFET領域7をイオン注入により形成する際のエネルギーを低減することができるので、汎用のイオン注入条件を用いてJFET領域7を形成することができる。これにより、SiCパワーMISFETの生産性が向上する。Thus, by forming a step on the surface of the n -type epitaxial layer 2, energy for forming the JFET region 7 by ion implantation can be reduced in the SiC power MISFET manufacturing method described later. The JFET region 7 can be formed using general-purpose ion implantation conditions. This improves the productivity of the SiC power MISFET.

また、チャネル領域8に接するn型ソース領域5の不純物濃度を低くすることができるので、p型ボディ領域4とn型ソース領域5とのpn接合障壁が下がり、チャネル領域8に電子が入りやすくなる。これにより、本実施例3によるSiCパワーMISFETのオン抵抗を前述の実施例1によるSiCパワーMISFETのオン抵抗よりも低くすることができる。
≪SiCパワーMISFETの製造方法≫
In addition, since the impurity concentration of the n + -type source region 5 in contact with the channel region 8 can be lowered, the pn junction barrier between the p-type body region 4 and the n + -type source region 5 is lowered, and electrons enter the channel region 8. Easy to enter. As a result, the on-resistance of the SiC power MISFET according to the third embodiment can be made lower than the on-resistance of the SiC power MISFET according to the first embodiment.
≪SiC power MISFET manufacturing method≫

本実施例3によるSiCパワーMISFETの製造方法について図15〜図17を用いて工程順に説明する。図15〜図17は、本実施例3によるSiCパワーMISFETの製造工程の一例を示す要部断面図である。   A manufacturing method of the SiC power MISFET according to the third embodiment will be described in the order of steps with reference to FIGS. 15-17 is principal part sectional drawing which shows an example of the manufacturing process of SiC power MISFET by the present Example 3. FIGS.

まず、図15に示すように、前述の実施例1と同様にして、n型SiC基板1の表面にSiCのn型エピタキシャル層2を形成して、n型SiC基板1およびn型エピタキシャル層2からなるSiCエピタキシャル基板3を形成する。First, as shown in FIG. 15, an SiC n type epitaxial layer 2 is formed on the surface of an n + type SiC substrate 1 in the same manner as in Example 1 described above, and the n + type SiC substrate 1 and n A SiC epitaxial substrate 3 composed of the type epitaxial layer 2 is formed.

次に、n型エピタキシャル層2にp型不純物、例えばアルミニウム原子(Al)を最大エネルギー500keVでイオン注入して、p型ボディ領域4を形成し、n型エピタキシャル層2にn型不純物、例えば窒素原子(N)を最大エネルギー120keVでイオン注入して、p型ボディ領域4内に、p型ボディ領域4の端部側面から離間するn型ソース領域5を形成する。Next, p-type impurities, for example, aluminum atoms (Al) are ion-implanted into the n -type epitaxial layer 2 with a maximum energy of 500 keV to form the p-type body region 4, and the n -type epitaxial layer 2 has n-type impurities, For example, nitrogen atoms (N) are ion-implanted with a maximum energy of 120 keV to form an n + -type source region 5 that is separated from the end side surface of the p-type body region 4 in the p-type body region 4.

次に、n型エピタキシャル層2にp型不純物、例えばアルミニウム原子(Al)を最大エネルギー150keVでイオン注入して、p型ボディ領域4内のn型ソース領域5が形成されていない領域にp型電位固定領域6を形成する。p型ボディ領域4の不純物濃度は、例えば1×1018cm−3程度、n型ソース領域5の不純物濃度は、例えば1×1020cm−3程度、p型電位固定領域6の不純物濃度は、例えば1×1020cm−3程度である。Next, a p-type impurity, for example, an aluminum atom (Al) is ion-implanted into the n -type epitaxial layer 2 at a maximum energy of 150 keV, and the n + -type source region 5 in the p-type body region 4 is not formed. A p + -type potential fixing region 6 is formed. The impurity concentration of the p-type body region 4 is, for example, about 1 × 10 18 cm −3 , the impurity concentration of the n + -type source region 5 is, for example, about 1 × 10 20 cm −3 , and the impurity of the p + -type potential fixing region 6 is The concentration is, for example, about 1 × 10 20 cm −3 .

次に、図16に示すように、n型エピタキシャル層2の表面上に、マスク20を形成する。マスク20は、例えば酸化珪素(SiO)からなり、後の工程においてJFET領域7が形成される領域のみに開口部分が設けられている。すなわち、マスク20には、互いに隣り合うp型ボディ領域4の間、チャネル領域8およびチャネル領域8側のn型ソース領域5の一部が露出するように開口部分が設けられている。Next, as shown in FIG. 16, a mask 20 is formed on the surface of n type epitaxial layer 2. The mask 20 is made of, for example, silicon oxide (SiO 2 ), and an opening is provided only in a region where the JFET region 7 is formed in a later process. That is, the mask 20 is provided with an opening between the p-type body regions 4 adjacent to each other so that a part of the channel region 8 and the n + -type source region 5 on the channel region 8 side is exposed.

次に、ドライエッチング法により、マスク20から露出しているn型エピタキシャル層2を深さ方向に、例えば200nm程度除去して、n型エピタキシャル層2の表面に段差を形成する。Next, the n type epitaxial layer 2 exposed from the mask 20 is removed in the depth direction by, for example, about 200 nm by a dry etching method to form a step on the surface of the n type epitaxial layer 2.

型ソース領域5は、n型エピタキシャル層2にn型不純物をイオン注入することにより形成される。このため、n型ソース領域5の不純物濃度分布をn型エピタキシャル層2の深さ方向に見た場合、ピーク値を超えると、n型ソース領域5が深くなるに従い不純物濃度は低くなる。従って、n型ソース領域5の上部をエッチング除去すると、不純物濃度の低いn型ソース領域5の下部が残ることになる。The n + type source region 5 is formed by ion-implanting n type impurities into the n type epitaxial layer 2. For this reason, when the impurity concentration distribution of the n + -type source region 5 is viewed in the depth direction of the n -type epitaxial layer 2, when the peak value is exceeded, the impurity concentration decreases as the n + -type source region 5 becomes deeper. . Therefore, when the upper portion of the n + -type source region 5 is removed by etching, the lower portion of the n + -type source region 5 having a low impurity concentration remains.

従って、チャネル領域8に接するn型ソース領域5の不純物濃度が低くなることにより、p型ボディ領域4とn型ソース領域5とのpn接合障壁が下がり、チャネル領域8に電子が入りやすくなる。これにより、本実施例3によるSiCパワーMISFETのオン抵抗を前述の実施例1によるSiCパワーMISFETのオン抵抗よりも低くすることができる。Accordingly, the impurity concentration of the n + -type source region 5 in contact with the channel region 8 is lowered, so that the pn junction barrier between the p-type body region 4 and the n + -type source region 5 is lowered, and electrons are likely to enter the channel region 8. Become. As a result, the on-resistance of the SiC power MISFET according to the third embodiment can be made lower than the on-resistance of the SiC power MISFET according to the first embodiment.

次に、マスク20越しに、n型エピタキシャル層2にn型不純物、例えばアルミニウム原子(Al)を最大エネルギー700keVでイオン注入して、JFET領域7を形成する。JFET領域7の不純物濃度は、例えば3×1016cm−3程度である。Next, an n-type impurity, for example, an aluminum atom (Al) is ion-implanted into the n -type epitaxial layer 2 through the mask 20 with a maximum energy of 700 keV to form the JFET region 7. The impurity concentration of the JFET region 7 is, for example, about 3 × 10 16 cm −3 .

これにより、互いに隣り合うp型ボディ領域4の間およびp型ボディ領域4の端部の下部に、JFET領域7が形成される。具体的には、n型エピタキシャル層2の表面から第1深さを有する第1領域4aと、平面視において第1領域4aの周囲に、第1領域4aと接して、n型エピタキシャル層2の表面から第2深さを有する第2領域4bとから構成されるp型ボディ領域4が形成される。また、互いに隣り合うp型ボディ領域4の第2領域4bの間、およびp型ボディ領域4の第2領域4bの下にJFET領域7が形成される。すなわち、JFET領域7は、p型ボディ領域4の第2領域4bの側面および底面を囲むように形成されており、互いに隣り合うp型ボディ領域4の方向に沿った断面で見た場合、凸形状を有している。Thereby, JFET region 7 is formed between adjacent p-type body regions 4 and below the end of p-type body region 4. Specifically, n - a first region 4a having a surface -type epitaxial layer 2 a first depth, around the first region 4a in a plan view, in contact with the first region 4a, n - -type epitaxial layer The p-type body region 4 is formed which is composed of the second region 4b having the second depth from the surface of 2. Further, JFET region 7 is formed between second regions 4 b of p-type body regions 4 adjacent to each other and below second region 4 b of p-type body region 4. That is, the JFET region 7 is formed so as to surround the side surface and the bottom surface of the second region 4b of the p-type body region 4. It has a shape.

本実施例3では、JFET領域7が形成される領域のn型エピタキシャル層2を深さ方向に、例えば200nm程度除去しているので、JFET領域7を形成する際のn型不純物の最大エネルギー(例えば700eV)を、前述の実施例1におけるJFET領域7を形成する際のn型不純物の最大エネルギー(例えば1,000eV)よりも低くすることができる。従って、汎用のイオン注入条件を用いてJFET領域7を形成することができる。これにより、SiCパワーMISFETの生産性が向上する。In Example 3, since the n type epitaxial layer 2 in the region where the JFET region 7 is formed is removed in the depth direction, for example, about 200 nm, the maximum energy of the n-type impurity when forming the JFET region 7 (For example, 700 eV) can be made lower than the maximum energy (for example, 1,000 eV) of the n-type impurity when forming the JFET region 7 in Example 1 described above. Therefore, the JFET region 7 can be formed using general-purpose ion implantation conditions. This improves the productivity of the SiC power MISFET.

次に、マスク20を除去した後、1,700℃程度の温度で2〜3分程度の熱処理を施して、SiCエピタキシャル基板3にイオン注入した各不純物の活性化を行う。   Next, after removing the mask 20, a heat treatment is performed at a temperature of about 1,700 ° C. for about 2 to 3 minutes to activate each impurity ion-implanted into the SiC epitaxial substrate 3.

次に、図17に示すように、前述の実施例1と同様にして、n型SiC基板1の表面側に、ゲート絶縁膜10、ゲート電極11、層間絶縁膜12および金属シリサイド層14を形成し、n型SiC基板1の裏面側に、金属シリサイド層16を形成する。さらに、ソース配線用電極15、ゲート配線用電極およびドレイン配線用電極17を形成する(図14参照)。Next, as shown in FIG. 17, the gate insulating film 10, the gate electrode 11, the interlayer insulating film 12, and the metal silicide layer 14 are formed on the surface side of the n + -type SiC substrate 1 in the same manner as in the first embodiment. Then, a metal silicide layer 16 is formed on the back surface side of the n + -type SiC substrate 1. Further, a source wiring electrode 15, a gate wiring electrode, and a drain wiring electrode 17 are formed (see FIG. 14).

このように、本実施例3によれば、前述の実施例1よりも、さらに、n型ソース領域4からチャネル領域8へ電子が入りやすくなるので、SiCパワーMISFETのオン抵抗を向上させることができる。As described above, according to the third embodiment, electrons are more likely to enter the channel region 8 from the n + -type source region 4 than in the first embodiment, so that the on-resistance of the SiC power MISFET can be improved. Can do.

≪SiCパワーMISFETの構造≫   ≪SiC power MISFET structure≫

本実施例4によるSiCパワーMISFETの構造について図18を用いて説明する。図18は、本実施例4によるSiCパワーMISFETを示す要部断面図(図1のI−I線に沿った断面図)である。ここでは、前述の実施例1によるSiCパワーMISFETと相違する点について説明する。   The structure of the SiC power MISFET according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 18 is a cross-sectional view of the principal part showing the SiC power MISFET according to the fourth embodiment (cross-sectional view taken along the line II of FIG. 1). Here, differences from the SiC power MISFET according to the first embodiment will be described.

前述の実施例1によるSiCパワーMISFETでは、JFET領域7の不純物濃度を3×1016cm−3程度とした。In the SiC power MISFET according to Example 1 described above, the impurity concentration of the JFET region 7 is set to about 3 × 10 16 cm −3 .

しかし、図18に示すように、本実施例4によるSiCパワーMISFETでは、JFET領域7の上部7Aの不純物濃度を、例えば3×1016cm−3程度とし、JFET領域7の下部7Bの不純物濃度を上部7Aの不純物濃度よりも低い、例えば1×1016cm−3程度とする。例えば互いに隣り合うp型ボディ領域4の第2領域4bで挟まれているJFET領域7の上部7Aを高濃度の不純物濃度とし、互いに隣り合うp型ボディ領域4の第1領域4aで挟まれているJFET領域7の下部7Bを低濃度の不純物濃度とする。However, as shown in FIG. 18, in the SiC power MISFET according to the fourth embodiment, the impurity concentration of the upper portion 7A of the JFET region 7 is, for example, about 3 × 10 16 cm −3, and the impurity concentration of the lower portion 7B of the JFET region 7 Is lower than the impurity concentration of the upper portion 7A, for example, about 1 × 10 16 cm −3 . For example, the upper portion 7A of the JFET region 7 sandwiched between the second regions 4b of the p-type body regions 4 adjacent to each other has a high impurity concentration, and is sandwiched between the first regions 4a of the p-type body regions 4 adjacent to each other. The lower portion 7B of the JFET region 7 is set to a low impurity concentration.

そして、JFET領域7の不純物濃度が低い下部7Bに、p型ボディ領域4の角部の少なくとも1つが形成されるように、JFET領域7を形成する。   Then, the JFET region 7 is formed so that at least one corner of the p-type body region 4 is formed in the lower portion 7B where the impurity concentration of the JFET region 7 is low.

これにより、本実施例4におけるp型ボディ領域4とJFET領域7とのpn接合耐圧が、前述の実施例1におけるp型ボディ領域4とJFET領域7とのpn接合耐圧よりも高くなるので、本実施例4によるSiCパワーMISFETの耐圧は、前述の実施例1によるSiCパワーMISFETの耐圧よりも向上する。   As a result, the pn junction breakdown voltage between the p-type body region 4 and the JFET region 7 in Example 4 is higher than the pn junction breakdown voltage between the p-type body region 4 and the JFET region 7 in Example 1 described above. The breakdown voltage of the SiC power MISFET according to the fourth embodiment is higher than the breakdown voltage of the SiC power MISFET according to the first embodiment.

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。   As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.

1 n型SiC基板
2 n型エピタキシャル層
3 SiCエピタキシャル基板
4 p型ボディ領域
4a p型ボディ領域の第1領域
4b p型ボディ領域の第2領域
5 n型ソース領域
6 p型電位固定領域
7 JFET領域(ドーピング領域)
7A JFET領域の上部
7B JFET領域の下部
8 チャネル領域
10 ゲート絶縁膜
11 ゲート電極
12 層間絶縁膜
13 開口部
14 金属シリサイド層
15 ソース配線用電極
16 金属シリサイド層
17 ドレイン配線用電極
18,19,20 マスク
21 制御回路
22 パワーモジュール
23,24,25,26,27,28,29 端子
30 3相モータ
31 SiCパワーMISFET
32 還元ダイオード
33 ボディダイオード
1 n + type SiC substrate 2 n type epitaxial layer 3 SiC epitaxial substrate 4 p type body region 4a first region of p type body region 4b second region of p type body region 5 n + type source region 6 p + type potential Fixed region 7 JFET region (doping region)
7A Upper portion of JFET region 7B Lower portion of JFET region 8 Channel region 10 Gate insulating film 11 Gate electrode 12 Interlayer insulating film 13 Opening portion 14 Metal silicide layer 15 Source wiring electrode 16 Metal silicide layer 17 Drain wiring electrodes 18, 19, 20 Mask 21 Control circuit 22 Power module 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29 Terminal 30 Three-phase motor 31 SiC power MISFET
32 Reduction diode 33 Body diode

Claims (11)

第1主面および前記第1主面と反対面の第2主面を有し、炭化珪素からなる第1導電型の基板と、
前記基板の前記第1主面上に形成された炭化珪素からなる前記第1導電型のエピタキシャル層と、
前記エピタキシャル層の表面から前記エピタキシャル層内に形成された前記第1導電型とは異なる第2導電型の複数のボディ領域と、
互いに隣り合う前記ボディ領域の間に形成された前記第1導電型のドーピング領域と、
前記ボディ領域の端部側面と離間して、前記エピタキシャル層の表面から前記ボディ領域内に形成された前記第1導電型のソース領域と、
前記ボディ領域の端部側面と前記ソース領域の端部側面との間の前記エピタキシャル層の表層部に形成されたチャネル領域と、
前記チャネル領域に接して形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜に接して形成されたゲート電極と、
を有し、
前記ボディ領域は、
第1深さを有する第1領域と、
平面視において互いに隣り合う前記第1領域同士が向かい合う側に、前記第1領域と接して形成された、前記第1深さよりも浅い第2深さを有する第2領域と、
から構成され、
前記ドーピング領域の深さは、前記第2深さより深く、
互いに隣り合う前記第2領域の間であって、前記第2領域の下端より上の前記ドーピング領域の不純物濃度が、前記第2領域の前記下端に接する前記ドーピング領域の不純物濃度よりも高い、半導体装置。
A first conductive type substrate having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface and made of silicon carbide;
An epitaxial layer of the first conductivity type made of silicon carbide formed on the first main surface of the substrate;
A plurality of body regions of a second conductivity type different from the first conductivity type formed in the epitaxial layer from the surface of the epitaxial layer;
A doping region of the first conductivity type formed between the body regions adjacent to each other;
A source region of the first conductivity type formed in the body region from the surface of the epitaxial layer, spaced from an end side surface of the body region;
A channel region formed in a surface layer portion of the epitaxial layer between an end side surface of the body region and an end side surface of the source region;
A gate insulating film formed in contact with the channel region;
A gate electrode formed in contact with the gate insulating film;
Have
The body region is
A first region having a first depth;
A second region having a second depth shallower than the first depth, formed in contact with the first region on a side where the first regions adjacent to each other in plan view are opposed to each other;
Consisting of
A depth of the doping region is deeper than the second depth;
Be between the second region adjacent to each other, the impurity concentration of the doped region above the lower end of the second region is higher than the impurity concentration of the doped region in contact with the lower end of the second region, the semiconductor apparatus.
請求項1記載の半導体装置において、
平面視において、前記ソース領域の端が、前記第1領域の端と前記第2領域の端との間に位置する、半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The semiconductor device, wherein the end of the source region is located between the end of the first region and the end of the second region in plan view.
請求項1記載の半導体装置において、
前記ソース領域が形成された前記エピタキシャル層の表面に段差を有し、
前記ソース領域の端部の前記エピタキシャル層の表面の位置が、前記ソース領域の中央部の前記エピタキシャル層の表面の位置よりも低く、
前記ソース領域の端部の不純物濃度が、前記ソース領域の中央部の不純物濃度よりも低い、半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
Having a step on the surface of the epitaxial layer where the source region is formed;
The position of the surface of the epitaxial layer at the end of the source region is lower than the position of the surface of the epitaxial layer at the center of the source region;
A semiconductor device, wherein an impurity concentration at an end portion of the source region is lower than an impurity concentration at a central portion of the source region.
請求項記載の半導体装置において、
平面視において、前記段差の位置と前記第2領域の端の位置とが重なる、半導体装置。
The semiconductor device according to claim 3 .
The semiconductor device in which the position of the step and the position of the end of the second region overlap in plan view.
請求項記載の半導体装置において、
前記第2領域の下に、前記ドーピング領域が形成されている、半導体装置。
The semiconductor device according to claim 3 .
A semiconductor device, wherein the doping region is formed under the second region.
請求項記載の半導体装置において、
平面視において、前記ソース領域の端が、前記第1領域の端と前記第2領域の端との間に位置する、半導体装置。
The semiconductor device according to claim 3 .
The semiconductor device, wherein the end of the source region is located between the end of the first region and the end of the second region in plan view.
請求項記載の半導体装置において、
互いに隣り合う前記第2領域の間の前記ドーピング領域の不純物濃度が、前記第2領域の下の前記ドーピング領域の不純物濃度よりも高い、半導体装置。
The semiconductor device according to claim 3 .
The semiconductor device, wherein an impurity concentration of the doping region between the second regions adjacent to each other is higher than an impurity concentration of the doping region under the second region.
a)炭化珪素からなる第1導電型の基板の第1主面上に、炭化珪素からなる前記第1導電型のエピタキシャル層を形成する工程、
(b)前記エピタキシャル層の表面から前記エピタキシャル層内に、前記第1導電型とは異なる第2導電型の不純物をイオン注入して、複数のボディ領域を形成する工程、
(c)前記ボディ領域の端部側面と離間して、前記エピタキシャル層の表面から前記ボディ領域内に、前記第1導電型の不純物をイオン注入して、ソース領域を形成する工程、
(d)前記エピタキシャル層の表面上に、互いに隣り合う前記ボディ領域の間および前記ボディ領域の端部が露出するように開口部が設けられたマスクを形成する工程、
(e)前記マスクから露出する前記エピタキシャル層に、前記第1導電型の不純物をイオン注入して、互いに隣り合う前記ボディ領域の間および前記ボディ領域の端部下の前記エピタキシャル層に、ドーピング領域を形成する工程、
(f)前記マスクを除去した後、前記エピタキシャル層の表面に接して、ゲート絶縁膜を形成し、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程
を有し、
前記(e)工程後の前記ボディ領域は、
第1深さを有する第1領域と、
平面視において互いに隣り合う前記第1領域同士が向かい合う側に、前記第1領域と接して形成された、前記第1深さよりも浅い第2深さを有する第2領域と、
から構成され、
互いに隣り合う前記第2領域の間であって、前記第2領域の下端より上の前記ドーピング領域の不純物濃度が、前記第2領域の前記下端に接する前記ドーピング領域の不純物濃度よりも高い、半導体装置の製造方法。
(A ) forming a first conductive type epitaxial layer made of silicon carbide on a first main surface of a first conductive type substrate made of silicon carbide;
(B) forming a plurality of body regions by ion-implanting a second conductivity type impurity different from the first conductivity type from the surface of the epitaxial layer into the epitaxial layer;
(C) a step of forming a source region by ion-implanting the first conductivity type impurity from the surface of the epitaxial layer into the body region apart from the end side surface of the body region;
(D) forming a mask provided with an opening on the surface of the epitaxial layer so as to expose an end portion of the body region between the adjacent body regions;
(E) in the epitaxial layer exposed from the mask, the impurity of the first conductivity type by ion implantation into the epitaxial layer below the end of and between the body region of the body region adjacent to each other, Doping region Forming a process,
(F) after removing the mask, in contact with the surface of the epitaxial layer, the step of forming a gate insulating film, forming a gate electrode on the gate insulating film,
Have
The body region after the step (e) is
A first region having a first depth;
A second region having a second depth shallower than the first depth, formed in contact with the first region on a side where the first regions adjacent to each other in plan view are opposed to each other;
Consisting of
A semiconductor between the second regions adjacent to each other, the impurity concentration of the doping region above the lower end of the second region being higher than the impurity concentration of the doping region in contact with the lower end of the second region Device manufacturing method.
請求項記載の半導体装置の製造方法において、
前記(d)工程と前記(e)工程との間に、さらに、以下の工程を含む:
(g)前記マスクから露出する前記エピタキシャル層を、前記ソース領域の深さよりも浅く、エッチングする工程。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8 .
The following steps are further included between the step (d) and the step (e):
(G) Etching the epitaxial layer exposed from the mask to be shallower than the depth of the source region.
請求項記載の半導体装置の製造方法において、
前記マスクの開口部端は、前記ソース領域上に位置する、半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8 .
The manufacturing method of a semiconductor device, wherein an opening end of the mask is located on the source region.
請求項1記載の半導体装置を備える、電力変換装置。

A power converter comprising the semiconductor device according to claim 1.

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